Morras, M., Larrea, L., García-Heras, J.L. (2014). Model based operational guidelines of a bioprocess for biological nitrogen removal and complete stabilisation of anaerobically digested sewage sludge. Bioprocess and Biosystems Engineering 37(7), 1345–1352. (link)

Título

Calibration and validation of an activated sludge model for greenhouse gases no. 1 (ASMG1): prediction of temperature-dependent N2O emission dynamics

(Calibração e validação de um modelo de lodo ativado para gases de efeito estufa no. 1 (ASMG1): previsão da dinâmica de emissão de N 2 O dependente da temperatura)

Resumo

An activated sludge model for greenhouse gases no. 1 was calibrated with data from a wastewater treatment plant (WWTP) without control systems and validated with data from three similar plants equipped with control systems. Special about the calibration/validation approach adopted in this paper is that the data are obtained from simulations with a mathematical model that is widely accepted to describe effluent quality and operating costs of actual WWTPs, the Benchmark Simulation Model No. 2 (BSM2). The calibration also aimed at fitting the model to typical observed nitrous oxide (N2O) emission data, i.e., a yearly average of 0.5 % of the influent total nitrogen load emitted as N2O-N. Model validation was performed by challenging the model in configurations with different control strategies. The kinetic term describing the dissolved oxygen effect on the denitrification by ammonia-oxidizing bacteria (AOB) was modified into a Haldane term. Both original and Haldane-modified models passed calibration and validation. Even though their yearly averaged values were similar, the two models presented different dynamic N2O emissions under cold temperature conditions and control. Therefore, data collected in such situations can potentially permit model discrimination. Observed seasonal trends in N2O emissions are simulated well with both original and Haldane-modified models. A mechanistic explanation based on the temperature-dependent interaction between heterotrophic and autotrophic N2O pathways was provided. Finally, while adding the AOB denitrification pathway to a model with only heterotrophic N2O production showed little impact on effluent quality and operating cost criteria, it clearly affected N2O emission productions.

TRADUÇÃO LIVRE

Um modelo de lodo ativado para gases de efeito estufa no. 1 foi calibrado com dados de uma estação de tratamento de águas residuais (ETAR) sem sistemas de controlo e validado com dados de três estações semelhantes equipadas com sistemas de controlo. A particularidade da abordagem de calibração/validação adotada neste artigo é que os dados são obtidos de simulações com um modelo matemático amplamente aceito para descrever a qualidade do efluente e os custos operacionais de ETEs reais, o Benchmark Simulation Model No. 2 (BSM2). A calibração também visava ajustar o modelo aos dados típicos de emissão de óxido nitroso (N 2 O) observados, ou seja, uma média anual de 0,5% da carga total de nitrogênio afluente emitida como N 2SOBRE. A validação do modelo foi realizada desafiando o modelo em configurações com diferentes estratégias de controle. O termo cinético que descreve o efeito do oxigênio dissolvido na desnitrificação por bactérias oxidadoras de amônia (AOB) foi modificado para um termo de Haldane. Ambos os modelos originais e modificados por Haldane passaram na calibração e validação. Embora seus valores médios anuais tenham sido semelhantes, os dois modelos apresentaram diferentes emissões dinâmicas de N 2 O em condições de temperatura fria e controle. Portanto, os dados coletados em tais situações podem potencialmente permitir a discriminação do modelo. Tendências sazonais observadas em N 2As emissões de O são bem simuladas com modelos originais e modificados por Haldane. Uma explicação mecanística baseada na interação dependente da temperatura entre as vias heterotrófica e autotrófica do N 2 O foi fornecida. Finalmente, embora a adição da via de desnitrificação AOB a um modelo com produção apenas de N 2 O heterotrófico tenha mostrado pouco impacto na qualidade do efluente e nos critérios de custo operacional, ela afetou claramente as produções de emissão de N 2 O.

Artigo publicado no site Springer Link, no Journal Bioprocess and Biosystems Engineering.